Ii bob yadroviy reaksiyalar

II BOB
2.1 Yadroviy reaksiyalar
Ikki yadro yoki yadro va zarra bir-biri bilan 10-15 m lar chamasiga yaqinlashganda yadroviy kuchlarning ta’siri tufayli o‘zaro intensiv ta’sirlashadi, natijada yadroviy o‘zgarishlar vujudga keladi. Bu jarayonlarni yadroviy reaksiya deb ataladi, yadroviy reaksiyani quyidagicha yozish mumkin: Х + а →У + в yoki Х(а;в)У (23.10) bunda X – boshlang‘ich yadro, а – reaksiyaga kirishuvchi zarra, в - yadroviy reaksiyada ajralib chiquvchi zarra, U – yadroviy reaksiyada vujudga kelgan yadro, а va в zarralar – neytron, proton, alfa-zarra, gamma – kvant, yengil yadrolar yoki boshqa elementar zarralar bo‘lishi mumkin. 393 Birinchi yadroviy reaksiya Rezerford tomonidan azotni αzarralar bilan bombardimon qilish jarayonida kislorod va proton hosil qilib, amalga oshirilgan, ya’ni 1 1 17 8 4 2 14 7 N + He → O + Н (23.11) yoki ixchamroq N14(α,r)O17 (23.11a) ko‘rinishda ifodalash mumkin. Barcha yadro reaksiyalarida biror elementar zarracha (masalan, γ-foton) chiqadi. Ko‘pchilik yadro reaksiyalarining mahsulotlari ham radioaktivdir, ular sun’iy radioaktiv izotoplari deb ataladi. Sun’iy radioaktivlik hodisasini 1934 yilda fransuz fiziklari Frederik va Iren Jolio Kyurilar kashf qilishgan. Fosfor 15P 31 ning neytronlarni qo‘shib olish reaksiyasi radioaktiv izotoplarni olishga misol bo‘ladi. Unday qo‘shib olishda γ-foton chiqadi va fosforning radioaktiv izotopi 15P 32 hosil bo‘ladi: → → + γ 32 15 31 15Р n Р (23.12) Fosfor izotopining yarim yemirilish davri T1/2=14,3 kunga teng, βzarralarni chiqarish bilan boradigan izotop yadrosining yemirilishi 16S 32 oltingugurtni barqaror izotopining hosil bo‘lishiga olib keladi: − → + β 32 16 32 15 Р S . (23.13) Yadroviy reaksiyalarda saqlanish qonunlarining bajarilishini ko‘raylik. 1. Yadroviy reaksiyaga kirishuvchi zarralarning umumiy zaryadi reaksiyada vujudga kelgan zarralarning umumiy zaryadiga teng.
2. Yadroviy reaksiyaga kirishayotgan zarralardagi nuklonlarning to‘liq soni reaksiyadan keyin ham saqlanadi, ya’ni reaksiyada hosil bo‘lgan zarralar nuklonlarining to‘liq soniga teng bo‘ladi .Yadroviy reaksiya Elektr zaryadi Nuklonlar soni .Yadroviy reaksiyalarda massaning saqlanish qonuni (va energiyaning saqlanish qonuni ham) bajariladi. U holda yadroviy reaksiyaga kirishayotgan zarralarning tinchlikdagi massalari (23.10) ga asosan mx va ma deb, reaksiyada vujudga kelgan zarralarnikini esa mu va mv deb belgilaylik. Ularning kinetik energiyalarini mos ravishda Tx , T а , Tu, Tv deb belgilaylik. Natijada reaksiyaga kirishayotgan zarralar to‘liq energiyalarning yig‘indisi reaksiyada vujudga kelgan zarralar to‘liq energiyalarning yig‘indisiga tengligini quyidagicha ifodalaymiz x x a a y y b Tb m c + T + m c + T = m c + T + m c + 2 2 2 2 . Mos hadlarni guruhlasak, bu ifoda quyidagi [( ) ( )] ( ) ( ) x a y b Ty Tb Tx Ta m + m − m + m c = + − + 2 ko‘rinishga keladi. Yadroviy reaksiyada ajralib chiqadigan yoki yutiladigan energiyani reaksiya energiyasi deb ataladi, ya’ni [( ) ( )] ( ) ( ) x a y b Ty Tb Tx Ta Q = m + m − m + m c = + − + 2 . (23.14) Agar Q>0 bo‘lsa, zarralar kinetik energiyasining ortishi kuzatiladi. U holda (Tx+Ta) ning har qanday qiymatida ham ekzoenergetik reaksiya amalga oshadi. Agar Q1 bo‘lsa, zanjir reaksiyasi rivojlanadi. Kmkr shart bajarilganda K>1 bo‘lsa, zanjir reaksiya boshqarilmaydigan tarzda amalga oshishi atom bombaning portlash jarayonida sodir bo‘ladi. Atom bombaning tuzilishi sxematik tarzda tasvirlangan. Unda bo‘linuvchi modda ikki yoki ko‘proq bo‘laklar tarzida tayyorlanadi. Bu bo‘lakchalarning umumiy massasi kritik massasidan katta, lekin har bo‘lakchaning massasi kritik massadan kichik. Shuning uchun har bir bo‘lakning o‘zida bo‘linish zanjir reaksiya rivojlanmaydi. Bombaga joylashtirilgan oddiy portlovchi qurilma portlaganda mazkur bo‘laklar qo‘shilib, zanjir reaksiyani amalga oshishiga sharoit yaratiladi. Bo‘linish reaksiyasini boshlab berish uchun kerak bo‘ladigan birinchi neytronlar esa bo‘linuvchi modda ichida doimo «adashib» yurgan bo‘ladi. Masalan, massasi 1 kg bo‘lgan uranda spontan bo‘linish tufayli sekundiga taxminan 20 neytron vujudga keladi. Bundan tashqari, kosmik nurlar ta’sirida ham doimo turli zarralar qatori neytronlar ham vujudga kelib turadi. Atom bomba portlaganda juda qisqa vaqt ichida nihoyatda katta energiya ajralib chiqqanligi uchun portlash zonasida harorat bir necha million gradusga yetadi. Bunday issiqlik ta’sirida portlash zonasidagi modda bug‘ga aylanadi. O‘ta qizigan sharsimon gaz tez kengayishi natijasida juda kuchli zarb to‘lqini vujudga kelib o‘z yo‘lidagi ob’yektlarni yemiradi va kuydirib tashlaydi. Boshqariladigan bo‘linish zanjir reaksiyalarini amalga oshirish uchun qo‘llaniladigan qurilmani yadroviy reaktor deb ataladi. Bunday qurilmalarda neytronlar ko‘payish koeffitsienti K ning 1 dan ozgina katta qiymatlarida zanjir reaksiyani boshlash imkoniyati mavjud bo‘lishi kerak. Portlovchi qurilma Qobiq Bo‘linuvchi modda bo‘laklari 399 U holda aktiv zonadagi neytronlar konsentratsiyasi va reaktorning quvvati orta boshlaydi. Kerakli quvvatga erishilganda K ning qiymatini aynan 1 ga teng qilib turish imkoniyati bo‘lishi kerak. Bu holda zanjir reaksiya o‘zgarmas tezlik bilan davom etadi, natijada reaktor statsionar rejimda ishlay boshlaydi. Endi biz hozirgi zamon energetikasida keng foydalanilayotgan issiqlik neytronlar ta’sirida ishlaydigan reaktorlar bilan tanishamiz. Reaktorning asosiy elementi – bo‘linuvchi moddadir. Zamonaviy reaktorlarda bo‘linuvchi modda sifatida 235 U izotop bilan boyitilgan tabiiy urandan foydalanamiz. Issiqlik neytronlar 235 U ni effektiv ravishda bo‘linishiga sababchi bo‘ladi. Shuning uchun bo‘linish reaksiyasida vujudga kelgan tez neytronlarni sekinlashtirish yo‘li bilan issiqlik neytornlarga aylantiriladi. Sekinlatkichlar sifatida grafit yoki og‘ir suv (D2O) dan, ba’zan esa oddiy suv (N2O) dan ham foydalaniladi. reaktor aktiv zonasining soddalashtirilgan sxemasi sekinlatkich modda bilan to‘ldirilgan. Sekinlatkich ichiga sterjen yoki plastinka shaklida bo‘linuvchi modda bo‘laklari joylashtiriladi. Zanjir reaksiya tezligini boshqaruvchi sterjenlar yordamida o‘zgartirish mumkin. Bu sterjenlar neytronlarni intensiv ravishda yutadigan materiallar (masalan, bor yoki kadmiy)dan tayyorlanadi. Boshqaruvchi sterjenlarning ko‘proq yoki kamroq qismini aktiv zona ichiga kiritish yo‘li bilan K ning qiymatini o‘zgartirishga erishiladi. Boshqaruv sterjenlari Issiqlik eltuvchi Sekinlatkich va issiqlik eltuvchi Bo‘linuvchi modda bo‘laklari Issiqlik eltuvchi 400 Yadroviy energiyadan foydalanishga asoslangan qurilmalarning asosiy qismi yadroviy reaktorlardir. Misol tariqasida atom elektr stansiya (AES) ning ishlash prinsipi bilan tanishaylik. Zanjir bo‘linish reaksiyasida ajralayotgan energiya aktiv zonani aylanib yuradigan issiqlik eltuvchiga o‘tadi. Issiqlik eltuvchi bu energiyani issiqlik almashgichda suvga beradi, natijada suv bug‘ga aylanadi. Bug‘ esa o‘z navbatida generatorning trubinasini harakatga keltiradi. Trubinadan o‘tgan bug‘ kondensorda suvga aylanib, yana issiqlik almashgichga boradi. Shu tarzda yadroviy energiya elektr energiyaga aylantiriladi.